-
Vorrichtung zur kontinuierlichen Temperatur-
-
behandlung von extrudiertem Material Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Temperaturbehandlung - Erwärmung oder Kühlung
-von extrudiertem Material, das durch oszillierende Längs-und/oder Drehbewegungen
ausführende Werkzeuge im Spritzkopf eines Extruders erwärmt wird.
-
Bekannt ist es seit langem, die Umhüllungen von Kabeln und Leitungen,
die aus Natur- oder Kunstkautschuk bestehen oder auch aus vernetzbaren thermoplastischen
Materialien hergestellt sein können, in kontinuierlichen Vulkanisationsanlagen (CV-Anlagen)
unter Dampf zu vulkanisieren bzw. zu vernetzen. Insbesondere bei langgestrecktem
Gut mit dickerer Wandstärke ist für die Erwärmung der gesamten Umhüllung oft eine
lange Verweilzeit in der Vulkanisationsstrecke erforderlich, was die Anlage verlängert
bzw. die Fertigungsgeschwindigkeit herabsetzt.
-
In neuerer Zeit sind deshalb Überlegungen angestellt worden, die für
die Vernetzung bzw. Vulkanisation erforderliche Erwärmung der zu extrudierenden
Masse weitestgehend im Spritzkopf durchzuführen. So ist es bereits bekannt (DOS
2 302 597) unmittelbar vor Austritt der Masse aus dem Formwerkzeug Stoß-und
/oder
Drehbewegungen auf die Masse zu übertragen. Die unmittelbare Beeinflussung des noch
nicht extrudierten Materials, beispielsweise über eine entsprechende Exzenteranordnung,
führt bereits im Spritzkopf eines Extruders mindestens zu einer Erwärmung auf die
Vulkanisationstemperatur. Das Material selbst wird danach kurzfristig auf die zur
Vulkanisation oder Vernetzung notwendigen Temperaturen gebracht und praktisch gleichzeitig
zur Endform aus dem Spritzwerkzeug herausgetrieben. Auch bei Endprodukten mit verhältnismäßig
großen Massenquerschnitten läßt sich hiermit eine gute Durchwärmung des zu spritzenden
Materials erreichen.
-
Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei größeren Querschnitten z.B.
dann, wenn es sich bei dem zu verspritzenden Material um die Isolierung eines elektrischen
Kabels handelt, die aus elektrischen Gründen eine höhere Wandstärke aufzuweisen
hat. Trotz der bereits im Spritzkopf möglichen Teil-oder Anvernetzung neigt nämlich
das extrudierte Material dennoch zu einem Abtropfen vom Leiter, so daß sich Kabel
mit einer konzentrischen Isolierung ohne weiteres nicht erreichen lassen.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zu schaffen, die es ermöglicht, auch bei dickeren Wandstärken oder größeren Massequerschnitten
dafür zu sorgen, daß auch mit im Spritzkopf bereits hochgeheiztem Maserial eine
kontinuierliche Fertigung ohne Schaden für das Endprodukt möglich ist.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung zur kontinuierlichen
Temperaturbehandlung von extrudiertem Material, das durch oszillierende Längs- und/oder
Drehbewegungen ausführende Werkzeuge im Spritzkopf erwärmt wird, dadurch
gelöst,
daß das die extrudierte Masse führende Spritzwerkzeug über den Spritzkopf hinaus
als Führung für den austretenden Strang verlängert ist.
-
Diese Führung ist bei größeren Umhüllungen z.B. so bemessen, daß eine
Teilvernetzung ein Abtropfen der Isolierung von einem elektrischen Leiter verhindert.
Die Kombination einer Massevorwärmung im Spritzkopf durch oszillierende Längs-und/oder
Drehbewegungen ausführende Werkzeuge und einer sich an den Spritzkopf anschließenden
Führung ermöglicht den Bau einer sehr leistungsstarken, dennoch aber kompakten,
d.h. also im Aufbau kurzen und flachen kontinuierlichen Vulkanisationsanlage. Das
trifft insbesondere dann zu, wenn man in der Kabelindustrie beispielsweise bei der
Herstellung von 60 und 110 kV-VPE-Kabeln übergeht.
-
In diesem Zusammenhang hat es sich deshalb in Weiterführung der Erfindung
als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die verlängerte Führung mit ihrem dem Spritzkopf
abgekehrten Ende den Eingang zu einer kontinuierlichen Vulkanisationsstrecke bildet.
Nach dem Durchlaufen der Führung kann das extrudierte Material im freien Hang (Kettenlinie)
z.B. in einem geeigneten als Heizmedium verwendeten Gas ausgeheizt werden. In gleicher
Weise ist es aber auch möglich, statt einer Aufheizung bzw. Ausheizung des gespritzten
Materials in einer sich an die verlängerte Führung anschließend tühlstrecke z.B.
auch unter Verwendung eines Gasmediums und gegebenenfalls unter Druck das gespritzte
Gut abzukühlen.
-
Vorteilhaft kann es mitunter auch sein, wenn in Weiterführung des
Erfindungsgedankens die über den Spritzkopf hinaus verlängerte Führung temperierbar
ist. Die Temperierung kann darin bestehen, daß die verlängerte Führung zusätzlich
aufgeheizt ist, um so eine bereits im Spritzkopf begonnene Vernetzung
weiter
zu führen, bevor das extrudierte Gut z.B. in einer anschließenden Vulkanisationsstrecke
aus geheizt wird oder bevor es nach dem Verlassen der Führung an Luft oder in einem
anderen geeigneten Medium abgekühlt wird. Die Temperierung kann aber auch darin
bestehen, daß eine Abkühlung auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des extrudierten
Materials erfolgt, so daß die innen an der Rohrwandung der Führung anliegende äußerste
Schicht z.B. einer Isolierhülle eines elektrischen Kabels aufgrund der niedrigen
Temperatur fest wird. Da in diesem bereits abgekühlten Zustand die Haftung z.B.
von vernetztem Polyäthylen an Stahl, aus dem die Führung hergestellt sein kann,
sehr klein ist, wird erreicht, daß infolge fehlender oder zumindest verringerter
Wandhaftung die Fließverhältnisse für die Isolierhülle in der verlängerten Führung
begünstigt werden. Trotz dieser vorgenommenen Abkühlung zumindest der äußeren Schichten
der Isolierung ist ein Abtropfen vom Leiter verhindert, da die weiter innen liegenden
Schichten der Isolierhülle dennoch auf Vernetzungstemperatur bleiben und damit dieser
Bereich zumindest anvernetzt ist.
-
Das nach der Erfindung verwendete verlängerte Führungsteil umfaßt
z.B. eine gespritzte Isolierhülle nach dem Verlassen des Spritzkopfes so lange,
bis ein Abtropfen der Isolierhülle vom Leiter mit Sicherheit verhindert ist. Um
hierbei ein Festhaften des gespritzten Materials an der umgebenden Führungswand
zu verhindern, hat es sich in Weiterführung der Erfindung ebenfalls als zweckmäßig
erwiesen, die verlängerte Führung in vorzugsweise oszillierende Dreh- und/ oder
Längsbewegungen zu versetzen, Darüberhinaus kann es auch zweckmäßig sein, den Dreh-
und/oder Längsbewegungen Schwingungen erhöhter Frequenz, z.B. von etwa 20 KHz zu
überlagern.
-
Hierzu sind an sich bekannte magnetostriktive Schallgeber einsetzbar.
Bei Verwendung einer solchen überlagerten Ultraschwingung kann die Schwingungsrichtung
vorteilhaft längs oder auch radial zum Werkzeug verlaufen. Auf diese Weise ist es
möglich, je nach Schwingungsrichtung, Massematerial und Länge der zusätzlichen Führung
die Reibungskräfte im Werkzeugbereich um 30 bis 70 % zu reduzieren. Das bedeutet
eine trotz anschließender das gespritzte Gut umschließender Führung gute Extrusion
des Materials mit einwandfreiem Fließverhalten. Zusätzliche Schmierstoffe für den
Durchtritt des extrudierten Materials durch die verlängerte Führung sind deshalb
nicht erforderlich.
-
Insbesondere, wenn die zusätzliche Führung eine Länge von ca. 0,5
m überschreitet, ist es vorteilhaft, die verlängerte Führung an ihrem, dem Spritzkopf
abgekehrten Ende zusätzlich zu lagern. Diese zusätzliche Lagerung erlaubt es zudem,
das Aufbringen zusätzlicher Schwingungen mit geringerem Aufwand durchzuführen.
-
Die Erfindung sei an Hand der in den Fig. 1 bis 3 als Ausführungsbeispiel
dargestellten, kontinuierlichen Vulkanisationsanlage näher erläutert.
-
Die in Fig. 1 dargestellte kontinuierliche Vulkanisationsanlage stellt
die Herstellung eines elektrischen Kabels dar, bei der das Leiterseil 1 im Extruder
2 mit einer inneren Leitsch#cht (Leiterglättung) versehen wird und anschließend
dieser so vorbereitete Leiter in den Extruder 4 zum Aufbringen der Isolierhülle
z.B. aus einem vernetzbaren thermoplastischen Werkstoff einläuft. Die über das Ende
des Spritzkopfes des Extruders 4 hinaus verlängerte Führung ist mit 5 bezeichnet,sie
schließt sich an die eigentliche Ketten- CV-
Anlage an, die im wesentlichen
aus dem Teleskoprohr 6, dem Kettenlinienrohr 7 und dem geraden Rohr 8 besteht. Die
Heiz-bzw. Kühlstrecke wird noch im Kettenlirienteil durch die Schleuse 9 getrennt.
Das gerade Rohr 8 kann innen mit den Rollen 10 ausgerüstet ein, um eine bessere
Spülung der im Extruder 4 gespritzten Umhüllung mit der Kühlluft zu erreichen.
-
Die Heiz- bzw. Druckluft wird durch eine Pumpenanlage 11 mit einer
Heizanlage 12 in der Heizstrecke 13 in Umlauf gehalten.
-
Dabei erfolgt die Drucksteuerung von außen mit Hilfe des Ventils 14,
ein Druckausgleich kann mit Hilfe des Ventiles 15 vorgenommen werden. Die Kühlluft
selbst wird durch die Pumpe 16 in der Kühlstrecke 17 in Umlauf gehalten, wobei die
Frischluft durch das Ventil 18 eingeführt wird, während der erforderliche Abgang
der erwärmten Kühlluft durch die Dichtung 19 oder das Abgangsventil 20 erfolgt.
-
Abweichend von der in der Fig. 1 dargestellten Gesamtanlage zeigt
die Fig. 2 in einem gegenüber der Fig. 1 vergrößerten Maßstab den Erwärmungskopf
für das extrudierbare Material, sowie die über den Spritzkopf hinaus verlängerte
Führung deren Aufhängung und Anschluß an das Teleskoprohr. Der Erwärmungskopf selbst
ist mit 21 bezeichnet, zur Erwärmung des Materials dient das Werkzeug 22, das wie
bekannt, Dreh-und/oder Stoßbewgungen ausführt, um eine Temperaturerhöhung des durch
den Massekanal gedrückten Materials zu erreichen.
-
Der Antrieb dieses Werkzeuges 22 erfolgt, wie schematisch angedeutetlüber
den Antrieb 23, wobei dieser Antrieb und das zum Werkzeug 22 angeordnete Gegenwerkzeug
24 zu einer Einheit unmittelbar vor dem Extruder 25 zusammengefaßt sind.
-
Der Materialeintritt mit der Schnecke 26 ist im Ausführungsbeispiel
gekippt dargestellt. Der Massestrom selbst wird wie angedeutet, innerhalb des Spritzkopfes
umgelenkt, das hat
den Vorteil, daß eine gleichmäßige Erwärmung
und Durchwärmung möglich ist, da die bezogenen Schichten beim Durchlaufen des Spritzkopfes
eine wechselnde Durchwärmung erfahren. Hinzu kommt, daß der Aufbau eines solchen
Spritzkopfes sehr kurz und kompakt gehalten werden kann, so daß sich maschinentechnisch
erhebliche Vorteile ergeben. So kann z.B. innerhalb dieses Spritzkopfes ein weiteres
Werkzeug etwa für die Leiterglättung eines elektrischen Kabels eingefügt werden,
wenn eine vernetzte Isolierung gespritzt wird.
-
Die über den Spritzkopf hinaus verlängerte, verhältnismäßig lange
Führung 27 ist vor dem Kopfaustrittswerkzeug 28 und dem Werkzeughalter 29 zweckmäßig
eingeordnet. Durch eine Temperiereinrichtung 30 wird die verlängerte Führung auf
der gewünschten Temperatur gehalten, dies führt entweder zu einer Abkühlung des
gespritzten Materials oder zu einer gleichbleibenden und/oder steigenden Erwärmung
zum Zwecke der Vernetzung. Die verlängerte Führung 27 selbst ist in der Kopflagerung
31 und in der Ständerlagerung 32 so befestigt, daß die Einrichtung 33 die Führung
27 in oszillierende Dreh- und/oder Längsbewegungen versetzen kann. Das Werkzeug
27 ist dabei in seiner Länge bei größeren Wanddicken so bemessen, daß, wenn es sich
um eine Vernetzung des gespritzten Materials handelt, eine Teilvernetzung der im
Erwärmungskopf 21 erwärmten Masse erfolgt.
-
Die oszillierenden Dreh- und/oder Längsbewegungen des Werkzeuges 27
sind vorteilhaft so zu bemessen, daß ein Haften der Masse an den Wänden der Führung
während des Durchganges vermieden ist. Der Ständer 29 nimmt gleichzeitig, wie aus
der Figur ersichtlich, das Teleskoprohr 34 auf, so daß das mit der Isoliermasse
36 versehene Leiterseil 35 zur Fertig- bzw. Endvernetzung nach Verlassen der zusätzlichen
Führung 27 in die Heizzone 37 eingeführt werden kann.
-
Die Fig. 7 schließlich zeigt einen Schnitt durch das kettenlinienförmig
verlaufende Rohr mit der Abdichtung 9, die aus einem Schleier 38 z.B. aus einer
größeren Anzahl frei herunterhängender Ketten bestehen kann.
-
Die in den Figuren beschriebene Kombination einer Massevorwärmung
im Spritzkopf durch Dreh- und/oder Längsbewegungen auszuführende Werkzeuge mit einem
Führungswerkzeug als Verlängerung des eigentlichen Spritzwerkzeuges ermöglicht den
Bau einer sehr leistungsstarken, dennoch aber kompakten, also kurzen und flachen
CV-Anlage. Wird z.B. eine Anlage von nur 60 m Länge angestrebt, wobei ca. 20 m für
die Nachheizung und ca. 40 m für die Kühlung vorgesehen sind, so ist bei einer Vernetzungszeit
von etwa 60 Sekunden bei 0 einer vollen Erwärmung der Masse im Spritzkopf auf 200
C die Fertigungsgeschwindigkeits 3 bis 4 m/min. Erfolgt zudem die Ausheizung und
Abkühlung in einem Gas, z.B. Luft, so entfällt die Entstehung der bekannten Mikroblasen
in der aus vernetztem Polyäthylen bestehenden Isolierung. Das gemäß der Erfindung
vorgeschlagene verlängerte Führungsstück erzeugt einen gewissen Rückstau im Spritzkopf,
und zwar im Scherteil, so daß eine gute Durchwärmung der Masse gewährleistet ist.
Die lange Führung der gespritzten Masse sorgt außerdem dafür, daß eine Teilvernetzung
der Masse z.B.
-
bei einer Temperatur von 190 0C in der verlängerten Führung erreichbar
ist.